随着我国汽车销量的快速增长,各类汽车碰撞事故不断发生,给人们造成巨大的危害。汽车前防撞梁作为碰撞发生时首先接触被撞物体的车身部件,其耐撞性对整车的被动安全性起到了关键作用,需要进行深入研究。与此同时,可以通过合理地采用轻质材料及结构优化,减轻包括防撞梁在内的保险杠系统的重量,进一步提升整车的轻量化水平。本课题在详细介绍国内外汽车碰撞安全领域及车用碳纤维材料领域研究现状的基础上,以一款轿车的前防撞梁为研究对象,利用VPG软件完成碰撞模型的建立,以LS-DYNA软件为仿真平台,对低速碰撞下防撞梁的耐撞性及变形过程进行了仿真和详细分析。针对其不足之处,提出了一款由双层防撞梁和吸能盒组成的保险杠结构。其中,防撞梁为碳纤维材质,吸能盒为铝合金材质。通过对几种形状的吸能盒压溃过程的仿真分析,证明了折纹薄壁管是吸能效果最好的形式,并确定了使新保险杠耐撞性最佳的吸能盒厚度。结合常见的碳纤维材料铺层形式,给出了几种不同的防撞梁铺层,通过分析仿真结果,得出了最佳铺层形式。采用响应面法,对改进后的防撞梁中几个部分的厚度进行了多目标优化。通过最小二乘法拟合出了目标函数,并求得了最优值。与优化前相比,优化后的新防撞梁更轻质,能兼顾吸能与加速度控制,并大幅降低了低速碰撞下的最大应力值。与原车型的防撞梁相比,新保险杠结构显著提升了低速碰撞下的耐撞性,并降低了重量。通过建立整车碰撞仿真模型,对比了高速碰撞下整车在优化前后耐撞性的差异。仿真结果表明,新保险杠在高速碰撞下也显著提升了整车的被动安全性。